非綫性動力學叢書：時滯反饋控製及其實驗 [Delayed Feedback Control and Experiments] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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蔡國平，陳龍祥 著，鬍海岩 編

圖書標籤:

• 非綫性動力學
• 時滯係統
• 反饋控製
• 實驗
• 控製理論
• 動力學係統
• 混沌控製
• 工程應用
• 數學物理
• 自激振蕩

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030517524

版次：1

商品編碼：12162760

包裝：平裝

叢書名： 非綫性動力學叢書23

外文名稱：Delayed Feedback Control and Experiments

開本：16開

齣版時間：2017-03-01

用紙：膠版紙

頁數：246

字數：310000

內容簡介

　　《非綫性動力學叢書：時滯反饋控製及其實驗》以結構振動控製為對象，介紹時滯反饋控製的設計方法與實驗，主要是作者近些年來在時滯問題上的研究成果。《非綫性動力學叢書：時滯反饋控製及其實驗》內容涉及時滯辨識、時滯控製律設計、時滯實驗等，研究對象包括綫性振動係統和非綫性振動係統，時滯問題處理方法包括離散時間形式的處理方法和連續時間形式的處理方法，時滯技術包括時滯消除技術和時滯利用技術，控製方法涉及最優控製、變結構控製、魯棒控製等。《非綫性動力學叢書：時滯反饋控製及其實驗》中包含有大量的時滯實驗驗證，這也是《非綫性動力學叢書：時滯反饋控製及其實驗》的特點之一。
　　《非綫性動力學叢書：時滯反饋控製及其實驗》可供從事結構振動主動控製和時滯問題研究的研究生、科研人員、工程技術人員閱讀和使用，也可以為其他學科領域從事時滯問題研究的學者提供參考。

內頁插圖

目錄

“非綫性動力學叢書”序
前言
第1章 緒論
1．1 研究目的和意義
1．2 結構振動主動控製
1．3 時滯問題及其研究現狀
1．3．1 問題描述
1．3．2 穩定性問題
1．3．3 時滯消除技術
1．3．4 時滯利用技術
1．3．5 其他
1．4 本書的主要內容
參考文獻

第2章 時滯辨識
2．1 前言
2．2 時滯辨識問題描述
2．3 基於粒子群優化算法的時滯參數辨識
2．4 數值仿真
2．5 本章小結
參考文獻

第3章 時滯反饋控製的離散時間方法與實驗
3．1 前言
3．2 動力學方程
3．3 動力學方程的離散化和標準化
3．3．1 時滯量是采樣周期整數倍的情況
3．3．2 時滯量是采樣周期非整數倍的情況
3．4 係統穩定性分析
3．4．1 無時滯穩定性分析
3．4．2 有時滯穩定性分析
3．5 控製律的設計
3．5．1 離散最優控製律
3．5．2 離散變結構控製律
3．6 矩陣參數的迭代計算
3．7 參數矩陣的收斂性
3．8 數值仿真和實驗研究
3．8．1 柔性懸臂梁
3．8．2 柔性懸臂闆
3．9 本章小結
參考文獻

第4章 時滯反饋控製的連續時間方法與實驗
4．1 前言
4．2 動力學方程
4．3 連續係統控製律設計
4．4 數值仿真與實驗研究
4．4．1 實驗平颱與實驗流程圖
4．4．2 電機、差分電路與DSF模塊
4．4．3 摩擦補償
4．4．4 仿真與實驗結果
4．5 本章小結
參考文獻

第5章 時滯反饋的參數魯棒控製設計與實驗
5．1 前言
5．2 動力學方程
5．3 日。。控製律設計
5．4 數值仿真與實驗研究
5．4．1 無時滯控製
5．4．2 有時滯控製
5．4．3 控製律對固有頻率變化的魯棒性
5．4．4 控製律對時滯變化的魯棒性
5．5 本章小結
參考文獻

第6章 時滯反饋控製的魯棒日oo控製設計與實驗
6．1 前言
6．2 動力學方程
6．3 矩陣不等式定理證明和三種時滯控製情況
6．3．1 矩陣不等式定理
6．3．2 利用矩陣不等式定理求解控製律
6．3．3 已知控製律求解時滯穩定區間
6．3．4 已知時滯量上限求解H∞控製律
6．3．5 能夠使得係統穩定的最大時滯量及H∞控製律
6．4 數值仿真與實驗研究
6．4．1 柔性懸臂闆數值仿真與實驗
6．4．2 建築結構數值仿真
6．5 本章小結
參考文獻

第7章 時滯正反饋控製設計與實驗
7．1 前言
7．2 動力學方程
7．3 控製律設計
7．4．時滯量的選取
7．5 數值仿真與實驗研究
7．5．1 柔性懸臂梁
7．5．2 柔性懸臂闆
7．6 本章小結
參考文獻

第8章 雙綫性滯迴特徵結構的時滯反饋控製設計
8．1 前言
8．2 非綫性動力學方程
8．2．1 雙綫性滯迴模型
8．2．2 動力學方程
8．3 LQG控製器設計
8．3．1 最優控製律設計
8．3．2 狀態觀測器
8．4 數值仿真
8．4．1 算例1：三層建築結構
8．4．2 算例2：20層建築結構
8．5 本章小結
參考文獻

第9章 Bouc-Wen滯迴特徵結構的時滯反饋控製設計與實驗
9．1 前言
9．2 非綫性動力學方程
9．2．1 Bouc-Wen滯迴模型
9．2．2 動力學方程
9．3 時滯控製律設計
9．4 數值仿真和實驗研究
9．4．1 算例1：8層建築結構
9．4．2 算例2：柔性復閤懸臂梁
9．4．3 算例3：柔性復閤懸臂闆
9．5 本章小結
參考文獻
索引
“非綫性動力學叢書”已齣版書目
彩圖

前言/序言

　　隨著科學技術的發展，時滯係統動力學的研究得到瞭許多學者的大量關注，人們在時滯係統的動態特性和控製設計等方麵開展瞭大量的研究工作，取得瞭許多研究成果。目前，時滯問題不僅在數學、力學、控製、機械、經濟等學科領域有著大量的研究，而且在電力係統運行、網絡信息傳輸、金融市場評估等領域獲得瞭許多成功應用。
　　本書介紹結構主動控製中的時滯問題。結構主動控製為反饋控製係統，是利用係統的狀態信息實時地進行控製反饋，以達到對結構進行主動調節和控製的目的。結構主動控製係統中不可避免地存在著時滯現象，傳感器信號的采集和傳輸、控製器的計算和作動器的作動過程等，都會導緻最後作用於結構的控製力産生時滯，使得作動器在係統不需要能量時嚮其輸入能量，有可能引起控製效率的下降或導緻控製係統失穩。另一方麵，現有的研究結果顯示齣，時滯也存在可利用的價值，人為地嚮控製係統中引入時滯量可以改善係統穩定性和抑製結構振動等。
　　本書內容是作者多年來從事時滯係統動力學研究的總結，章節安排是按照作者前後的研究順序排列的。本書不但介紹瞭綫性和非綫性結構係統的時滯控製律的設計方法，還介紹瞭時滯辨識、參數魯棒性和時滯正反饋控製技術等。為瞭保持科學研究的完整性，多年來作者在完成時滯問題理論研究的同時，還開展瞭大量的實驗驗證工作，這些時滯實驗是本書值得參考和藉鑒的亮點之一。目前國內外關於時滯問題的研究大多是在理論上進行探索，實驗研究相對很少。
　　感謝北京理工大學鬍海岩教授主編的“非綫性動力學叢書”和科學齣版社對於本書的齣版所給予的支持。感謝國傢自然科學基金（項目編號：10772112，11272202，11002087，11.472171，111320011多年來的大力支持，使得本書所研究內容得以順利進行。本書所有內容是陳龍祥博士、劉錕博士、趙童碩士和李施宏學士在學位論文創作期間完成的，他們在這期間進行瞭積極和卓有成效的科研探索，對於他們的貢獻作者錶示衷心的感謝。陳龍祥博士和劉錕博士的學位論文榮獲上海市優秀博士學位論文稱號，趙童碩士的學位論文榮獲上海市優秀碩士學位論文稱號。本書在撰寫中還參考瞭國內外許多專傢和學者的成果，在本書中皆已給齣參考文獻注釋，在此一並對他們錶示感謝。作者希望本書內容在對我國時滯動力學的研究有所裨益的同時，也衷心希望各位專傢和學者能夠提齣寶貴意見，以使得我們今後可以做進一步的研究和探索。由於作者水平有限，本書不當之處在所難免，敬請讀者批評與指正。
　　作者
　　2016年5月於上海交通大學

非綫性動力學叢書： 復雜係統建模與分析：從理論到應用 圖書簡介 本捲叢書聚焦於現代科學與工程領域中復雜係統的建模、分析與控製，旨在為研究人員、工程師及高年級學生提供一套係統且深入的理論框架與實踐指導。叢書涵蓋的範圍廣泛，側重於處理傳統綫性方法難以有效應對的係統特性，如敏感依賴性、湧現現象以及多尺度行為。 第一部分：復雜動力學係統的數學基礎與建模 本部分奠定瞭理解復雜非綫性係統的數學基礎。重點探討瞭如何從物理現實中提煉齣有效的數學模型，並分析這些模型的內在特性。 章節一：拓撲動力學與相空間分析 深入探討瞭微分方程係統的相空間結構。內容包括穩定流形與不穩定流形、極限環、環麵（Torus）的性質，以及如何利用龐加萊截麵（Poincaré Sections）來簡化高維係統的分析。特彆關注如何識彆和量化係統對初始條件的敏感依賴性，這是混沌現象的數學基石。對哈密頓係統和耗散係統的基本區彆及其在保守與耗散物理過程中的應用進行瞭詳盡的闡述。 章節二：隨機過程與隨機動力學 在真實世界的係統中，噪聲和外部擾動是普遍存在的。本章詳細介紹瞭Langevin方程和隨機微分方程（SDEs）的理論。內容涉及伊藤積分的嚴格定義、隨機係統的遍曆性、平穩分布的求解，以及如何利用Fokker-Planck方程來描述概率密度函數的演化。重點案例分析瞭噪聲如何影響係統的分岔行為和相變過程，如如何通過噪聲輔助的閾值穿越機製來研究生物係統中的決策過程。 章節三：網絡動力學與耦閤振蕩器 現代係統通常錶現為相互連接的網絡結構。本章聚焦於具有大量相互作用節點的動力學係統。詳細討論瞭不同拓撲結構（如小世界網絡、無標度網絡）對集體行為的影響。核心內容包括Kuramoto模型及其廣義形式，用於描述同步現象。深入分析瞭同步的類型（完全同步、相位同步、廣義同步）及其在物理、生物和工程網絡中的實現條件和穩定性分析。還涵蓋瞭網絡結構對信息傳播和魯棒性的影響。 第二部分：非綫性現象的識彆與量化 本部分側重於實驗和數值數據分析中，如何識彆和量化那些標誌著係統進入復雜狀態的關鍵特徵。 章節四：混沌的檢測與錶徵 混沌是復雜的代名詞，但其量化需要嚴格的數學工具。本章詳細介紹瞭混沌係統的定量指標，包括李雅普諾夫指數（Lyapunov Exponents）的計算方法（特彆是最大李雅普諾夫指數，LLE）及其物理意義——對初始擾動的指數分離率。此外，還討論瞭信息論方法，如相關積分維數（Correlation Dimension）和信息熵（如高斯熵），用於計算係統的奇異吸引子維數，並區分僞混沌和真正的混沌。 章節五：分岔理論與係統轉變 分岔是係統參數變化時，定常態或周期解性質發生定性改變的過程。本章係統介紹瞭局部分岔理論，涵蓋瞭鞍結分岔（Saddle-Node Bifurcation）、超臨界/次臨界霍普夫分岔（Hopf Bifurcation）及其在産生極限環中的作用。更進一步，探討瞭全局分岔，如摺疊倍周期分岔（Period-Doubling Cascade）和擬周期性的齣現，這些是係統通往混沌的關鍵路徑。內容結閤瞭相平麵分析和更高維度的範式分析。 章節六：非綫性時間序列分析 在無法直接接觸係統方程的情況下，僅通過觀測時間序列數據來重構係統動力學成為必要。本章詳細介紹瞭嵌入理論（Embedding Theory），如Takens定理的應用。重點講解瞭如何通過選擇閤適的延遲時間（如互信息法）和嵌入維度（如虛假最近鄰法）來從一維時間序列中重構齣原係統的低維吸引子。基於重構的相空間，可以進行局部預測和非綫性特徵提取。 第三部分：復雜係統的控製與應用 復雜係統的挑戰不僅在於理解其行為，更在於如何有效地調節或穩定這些係統。本部分將理論工具應用於實際的控製問題。 章節七：基於模型的非綫性控製策略 本章介紹瞭幾種針對已知非綫性模型進行控製的有效方法。首先是反步法（Backstepping），這是一種遞歸設計狀態反饋控製器的強大技術，可用於設計全局漸近穩定的控製器。其次是滑模控製（Sliding Mode Control, SMC），它通過定義一個滑模麵來迫使係統狀態軌跡快速收斂到穩定流形，並討論瞭其固有的抖振問題及消除方法。最後，探討瞭基於綫性化反饋的局部控製，如輸入-輸齣綫性化技術。 章節八：無模型控製與數據驅動方法 當係統模型難以建立或參數不確定時，需要依賴於係統觀測數據進行控製。本章深入探討瞭基於反饋的混沌控製方法，例如奧米納斯（Oyinmo）控製和基於波特裏金-溫伯格（P-W）的微擾控製策略，這些方法通過對係統施加小的、周期性的反饋信號來穩定特定的周期軌道。此外，還介紹瞭模型預測控製（MPC）的非綫性擴展版本，以及如何利用機器學習技術（如強化學習）在復雜環境中學習最優控製策略。 章節九：復雜係統的工程與科學應用案例 本章提供瞭一係列將上述理論應用於實際問題的案例研究，以展示非綫性動力學方法的實用價值。案例涵蓋： 1. 流體動力學： 湍流的擬序結構分析與抑製。 2. 生物醫學工程： 心髒節律的建模與異常同步的消除。 3. 化學反應工程： 振蕩反應（如Belousov-Zhabotinsky反應）的穩定性與控製。 4. 電力係統： 大規模互聯電網的暫態穩定分析與最優潮流控製。 結論 本叢書旨在提供一個跨越純數學理論與工程實踐的橋梁，引導讀者掌握分析和駕馭現代復雜係統的核心工具集。通過對這些基本理論和先進方法的掌握，讀者將能更深入地理解自然界和工程係統中的湧現行為，並設計齣更具魯棒性和適應性的解決方案。

評分☆☆☆☆☆

初讀幾章後，我最大的感受是作者在引入概念時展現齣的非凡耐心和邏輯層次感。他並沒有直接跳入復雜的微分方程，而是從一個非常直觀的物理模型入手，逐步搭建起理解非綫性係統內在混沌特性的橋梁。這種循序漸進的教學方法對於我這種自學入門的讀者來說簡直是福音，很多過去被視為天書的理論，經過作者的層層剖析，變得豁然開朗。特彆是對於那些涉及多變量耦閤和湧現現象的描述，作者的文字精準而富有畫麵感，仿佛能讓人“看”到那個係統是如何從有序走嚮失序的。我特彆欣賞他穿插在理論講解中的那些類比，它們巧妙地將抽象的數學語言“翻譯”成瞭日常可感的經驗，極大地降低瞭理論學習的陡峭麯綫，讓復雜的動力學原理不再高不可攀。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計得相當雅緻，封麵上的抽象幾何圖案與書名“非綫性動力學叢書”的嚴肅性形成瞭微妙的呼應，拿在手裏很有分量感，初步的印象是這是一本嚴謹的學術著作。內頁的排版清晰，字體選擇適中，閱讀起來沒有太大的視覺疲勞。我尤其欣賞它在圖錶呈現上的用心，那些復雜的動態係統軌跡和相圖，在黑白印刷下依然保持瞭很高的可讀性，這對於理解抽象的數學概念至關重要。不過，我也注意到一個細節，部分章節的參考文獻標注略顯陳舊，這或許是其內容聚焦於基礎理論而非最新研究的體現。盡管如此，這本書的整體質感，從紙張的觸感到裝訂的牢固，都透露齣齣版者對於學術書籍製作的專業態度，讓人在翻閱時能感受到一種對知識的尊重，對於想要深入探索復雜係統理論的讀者來說，這樣的物理載體本身就是一種閱讀體驗的加分項。

評分☆☆☆☆☆

在閱讀過程中，我發現這本書的語言風格非常鮮明，它既有嚴謹的學術規範，又不乏一種老派的學者風範。語句結構偶爾會顯得略微冗長，句子成分復雜，這使得初次接觸的讀者可能需要反復揣摩纔能完全領會其精確含義，這與當下流行的那種追求極度簡潔的科普寫作風格形成瞭鮮明對比。但正是這種“慢節奏”的敘述，保證瞭數學推導的每一步都留下瞭足夠的呼吸空間，確保讀者不會因為趕進度而遺漏關鍵的邏輯跳躍點。對於那些希望沉下心來，花費大量時間與這些復雜方程“共處”的讀者而言，這種略顯繁復的錶達方式反而提供瞭一種必要的沉浸感和儀式感，它要求閱讀者投入足夠的時間和心力。

評分☆☆☆☆☆

本書的深度和廣度確實令人印象深刻，它不僅僅停留在理論推導的層麵，更重要的是，它似乎隱含瞭一種對“建模哲學”的探討。作者在討論不同參數對係統穩定性的影響時，總會不經意地提齣一些關於模型簡化閤理性的思考，這促使我反思，我們所觀察到的“非綫性”究竟是自然界的本質，還是我們觀測工具和簡化假設的産物。書中對某些經典模型的分析，如洛倫茲吸引子和彭卡萊截麵，其細節之詳盡，足以讓一個研究生級彆的讀者也能找到新的思考角度。這種不僅僅是“告知”知識，更是“啓發”思考的寫作方式，是真正優秀的學術著作的標誌，它迫使讀者不斷地質疑和驗證，而不是被動接受。

評分☆☆☆☆☆

這本書的理論框架構建得極其紮實，它成功地建立起瞭一個從基礎振動理論到復雜混沌行為的清晰脈絡。我注意到，作者在講解過程中對於某些關鍵定理的證明，雖然篇幅較大，但邏輯鏈條非常完整，沒有齣現那種常見的“跳步”現象，這對於後續將這些理論應用於實際工程問題的讀者來說，無疑是最大的福音。它提供瞭一個堅固的地基，使得讀者在探索更前沿、更特化的非綫性分支時，能夠有信心迴溯並理解其理論根源。這本書更像是一本教科書與參考手冊的完美結閤體，它不僅教授瞭“是什麼”，更著重強調瞭“為什麼是這樣”，這種深層的內在邏輯關聯，是任何膚淺的綜述性文獻都無法比擬的寶貴財富。